(57)【要約】【課題】流動性に優れ、成形時のパウダー層均一性に優れた粉末焼結積層法用パウダー組成物及び成形品を提供する。【解決手段】ナイロンパウダーと無機フィラーからなり、安息角が３４°未満である粉末焼結積層法用パウダー組成物。【選択図】無し【特許請求の範囲】
【請求項１】
ナイロンパウダーと無機フィラーからなり、
安息角が３４°未満である粉末焼結積層法用パウダー組成物。
【請求項２】
前記無機フィラーが、プラスに帯電している請求項１記載の粉末焼結積層用パウダー組成物。
【請求項３】
前記無機粉末が、酸化ケイ素である請求項１又は２記載の粉末焼結積層用パウダー組成物。
【請求項４】
前記無機フィラーが、０．０５重量％〜０．２重量％配合されている請求項１〜３のいずれか一項記載の粉末焼結積層用パウダー組成物。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか一項記載の粉末焼結積層用パウダー組成物を、粉末焼結積層法で成形することにより得られる成形品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉末焼結積層法用パウダー組成物、特にラピッドプロトタイピングにおける粉末焼結積層法に用いられるパウダー組成物及びその成形品に関する。
【背景技術】
【０００２】
プロトタイプの円滑な製造は、最近しばしば問題となる課題である。ラピッドプロトタイピング（Ｒａｐｉｄ  Ｐｒｏｔｏｔｙｐｉｎｇ）の目的のために特に好適な方法は選択的レーザー焼結（粉末焼結積層法）である。
この方法の場合、プラスチック粉末をチャンバ中で短時間、選択的にレーザービームで照射し、このことによりレーザービームがあたった粉末粒子が溶融する。溶融した粒子は相互に流れ、かつふたたび固体の材料へと硬化する。常に新たに導入される層を照射することにより、この方法で三次元の造形品を容易かつ迅速に製造することができる。
【０００３】
粉末焼結積層法に使用するプラスチック粉末として、例えば、ナイロンパウダーが挙げられる。
ナイロンパウダーを使用した粉末焼結積層によるラピッドプロトタイピングは、既に特許文献１及び２にて報告されているが、粉末焼結造形法にて形状安定性に優れる成形品を得るためには均一なパウダー層を形成することが必要であり、そのためにはナイロンパウダーの流動性が問題となる。
【０００４】
また、化粧品等の分野にて使用される真球状のナイロンパウダーは既に存在するが、球形に近い程に造形装置のローラーの力が加わると転がり過ぎてしまい、均一なパウダー層を形成することができない。それ故に、特許文献１では真球度を規定しているように、適度な球形を有するパウダーが好ましいとされている。
【０００５】
しかし、適度な球形を有するナイロンパウダーのみでは十分な流動性を得られていなかった。一方で成形品の品質（形状安定性等）をより高めるためには、さらなる流動性の向上が求められている。
特許文献３〜５には均一なパウダー層を仕上げる目的で助剤を添加することが記載されている。
【特許文献１】特表平１０−５０５１１６号公報
【特許文献２】特開平１０−２９２０５２号公報
【特許文献３】特開２００４−１３７５０３号公報
【特許文献４】特開２００４−１７５１０２号公報
【特許文献５】特開２００５−４８１８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献３〜５には流動助剤として酸化ケイ素（商品名：アエロジル）を添加することが記載されているが、単に酸化ケイ素を添加するだけでは十分な流動性を得ることができなかった。
【０００７】
本発明の目的は、流動性に優れ、成形時におけるパウダー層均一性に優れた粉末焼結積層法用パウダー組成物及びその成形品を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者は、鋭意研究の結果、特定の無機フィラーを選定することにより、より均一性に優れるコート層を形成できることを見出した。
本発明によれば、以下の粉末焼結積層用パウダー組成物等が提供される。
１．ナイロンパウダーと無機フィラーからなり、
安息角が３４°未満である粉末焼結積層法用パウダー組成物。
２．前記無機フィラーが、プラスに帯電している１記載の粉末焼結積層用パウダー組成物。
３．前記無機粉末が、酸化ケイ素である１又は２記載の粉末焼結積層用パウダー組成物。
４．前記無機フィラーが、０．０５重量％〜０．２重量％配合されている１〜３のいずれか記載の粉末焼結積層用パウダー組成物。
５．１〜４のいずれか記載の粉末焼結積層用パウダー組成物を、粉末焼結積層法で成形することにより得られる成形品。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、流動性に優れ、成形時のパウダー層均一性に優れた粉末焼結積層法用パウダー組成物及びその成形品が提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
本発明の粉末焼結積層法用パウダー組成物は、ナイロンパウダーに無機フィラーを配合したものである。
【００１１】
また、本発明の粉末焼結積層法用パウダー組成物は、安息角が３４°未満である。
【００１２】
組成物の安息角が小さい程、組成物粒子の滑性に優れるが、安息角が小さ過ぎても造形装置のローラーの衝撃によりパウダーが飛散してしまい、均一なパウダー層を得ることが難しくなり、また装置内部を汚す恐れがある。
【００１３】
一方、安息角が３４°以上である場合、パウダー組成物の滑性が劣り、コート層表面にローラー通過による表面荒れ（凹凸）やローラーの衝撃で解れないパウダー凝集塊による凹状の陥没を生じ易く、均一なパウダー層の形成が難しくなる恐れがある。
【００１４】
表面荒れ（凹凸）や凝集塊による凹状の陥没をできるだけ低減するためには、安息角は、２８°以上３４°未満であることが好ましい。
【００１５】
安息角は、ナイロンパウダーに特定の無機フィラーを配合することにより、上記の範囲に制御することができる。
【００１６】
組成物粒子の平均粒径は好ましくは２００μｍ以下であり、より好ましくは１００μｍ以下である。
【００１７】
ナイロンパウダーは、ポリアミドからなる粉末である。
ポリアミドは、好ましくはカルボン酸アミド基１個あたり少なくとも８個の炭素原子を有する。より好ましくは、カルボン酸アミド基１個あたり９個以上の炭素原子を有する。さらに好ましくは、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド１１（ＰＡ１１）、ポリアミド１２（ＰＡ１２）である。
【００１８】
ナイロンパウダーは一般に公知のものを使用できる。
ナイロンパウダーは、１種を単独で使用してもよいし、２種以上を組み合わせて使用してもよい。また、上述のナイロンパウダーは、市販品をそのまま使用してもよいが、ナイロンパウダーの平均粒径は、２００μｍ以下であり、好ましくは１００μｍ以下である。
【００１９】
本発明において、ナイロンパウダーに配合する無機フィラーは、プラスに帯電処理されていることが好ましい。
【００２０】
プラスに帯電処理されているとは、粒子と粒子又は粒子と成形機のローラーが接触した際の摩擦等にて帯電した場合に、プラス側に帯電するように処理されていることをいう。
プラスに帯電処理された無機フィラーとしては、例えば、アミド基を有するシランで処理された無機フィラーが挙げられる。
【００２１】
無機フィラーとして、好ましくは、酸化ケイ素、タルク、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、二酸化チタン、ケイ酸カルシウム、アルミナ水和物である。
【００２２】
無機フィラーの配合量は、組成物の全体量に対して、好ましくは、０．０５重量％〜０．２重量％である。より好ましくは、０．０７５〜０．１５重量％である。
この範囲を外れると、コート層均一性が低下する恐れがある。また、無機フィラーの配合量が０．０５重量％未満であるとバウダー同士が密着し陥没を生じやすくなる恐れがあり、０．２重量％を超えると表面凹凸が大きくなる恐れがある。
【００２３】
無機フィラーの平均粒径は、好ましくは、ナイロンパウダーの平均粒径以下であり、より好ましくは、ナイロンパウダーの平均粒径の１０％未満、さらに好ましくは５％未満、特に好ましくは１％未満である。
【００２４】
本発明の粉末焼結積層法用パウダー組成物は、ナイロンパウダー、無機フィラーの他、助剤及び／又は充填材を含有してもよい。
【００２５】
ここで助剤とは、例えば酸化防止剤、加工安定剤、紫外線吸収剤、光安定剤、蛍光増白剤をいう。これら助剤として、例えばヒンダートフェノール系、リン系、ベンゾトリアゾール系化合物等が挙げられる。
助剤を含ませる場合助剤の含有量は、好ましくは、組成物の全体量に対して、２質量％より少なく、より好ましくは、０．００１〜１質量％、さらに好ましくは、０．０５〜０．５質量％である。
助剤の含有量が２質量％を超えると、製造される成形体の機械的特性の明らかな劣化が生じる恐れがある。また、焼結粉末によるレーザービームの固有吸収の妨げにつながる恐れがある。また、助剤自体の色が製品にも反映され、製品の色目を損なう。
【００２６】
充填材とは、例えばガラス、金属又はセラミックの粒子をいう。
ガラスとして、例えば中実もしくは中空ガラスビーズが挙げられる。
金属は、鋼球状又は粉体状のものを使用できる。
セラミックスは、着色顔料、例えば遷移金属酸化物であってもよい。
【００２７】
充填剤の含有量は、好ましくは、組成物の全体量に対して７５質量％以下、より好ましくは０．００１〜７０質量％、さらに好ましくは０．０５〜５０質量％、特に好ましくは０．５〜２５質量％である。
充填材の含有量が７５質量％を超えると製造される成形体の機械的特性の明らかな劣化が生じる恐れがある。また、焼結粉末によるレーザービームの固有吸収の妨げにつながる恐れがある。
使用する充填材の平均粒径は、好ましくは、ナイロンパウダーの平均粒子径以下であり、より好ましくは、ナイロンパウダーの平均粒径の２０％未満、さらに好ましくは１５％未満、特に好ましくは５％未満である。
【００２８】
本発明の粉末焼結積層法用パウダー組成物は、少なくとも１種のナイロンパウダーと無機フィラーを混合することで得ることができる。
【００２９】
ナイロンパウダーと無機フィラーを混合する方法は、公知の方法が使用でき、例えば、ミキサー攪拌によるドライブレンド等が使用できる。
【００３０】
粉末焼結積層法は周知の方法であり、ポリマー粒子の選択的焼結に適している。粉末焼結積層法とは、ポリマー粒子の層を短時間レーザービームに曝露し、レーザービームに曝露されたポリマー粒子を相互に結合させる方法である。ポリマー粒子の層を連続的に焼結することにより、三次元の物体を製造することができる。粉末焼結積層法として、例えば米国特許６，１３６，９４８明細書及びＷＯ９６／０６８８１に開示されている方法を使用できる。
【００３１】
粉末焼結積層法により３次元の樹脂成形品を製造する場合、本発明の粉末焼結積層法用パウダー組成物を使用すると、成形時のパウダー層均一性に優れ、クレーターやスジの発生を防止できる。
【００３２】
本発明の粉末焼結積層法用パウダー組成物を、粉末焼結積層法によって成形した成形物は、形状安定性に優れる。
【実施例】
【００３３】
製造例１
４００Ｌ加熱撹拌溶解槽に、ナイロン１２ペレット２５ｋｇとジメチルホルムアミド（ＤＭＦ）１３１ｋｇを仕込み、蒸気加熱により１６０℃まで昇温しながらナイロン１２ペレットを撹拌溶解した。
撹拌溶解後、４０℃にまで徐冷し、パウダーを析出、沈降させた。
この沈降したパウダーをろ過し、真空加熱乾燥することにより、ナイロンパウダーを得た。
【００３４】
実施例１，２
製造例１で得たナイロンパウダーに、プラスに帯電処理している酸化ケイ素（商品名：アエロジルＲＡ２００Ｈ、日本アエロジル製）を表１に示す配合量でドライブレンドし、パウダー組成物（平均粒径４９μｍ）を得た。
尚、得られたパウダー組成物の粒径は、セイシン企業製ＬＭＳ−３０を用いて測定した。
【００３５】
次に、以下の方法により、得られたパウダー組成物の物性を評価した。
（１）安息角測定
安息角は、セイシン企業製、マルチテスターＭＴ−１００１を用いて測定した。
具体的には、安息角測定ユニットの試料テーブル（直径８０ｍｍ）の中心に、専用ロートを用いて一定速度でパウダー組成物をフィードし、試料テーブルからパウダーが落下し始めた時点でフィードを停止し、試料テーブル上に築かれた三角錐上の片の傾きを、角度測定ユニットにて測定した。
【００３６】
（２）コート層均一性評価
パウダー組成物を、粉末焼結積層装置Ｓｉｎｔｅｒｓｔａｔｉｏｎ  ２５００ｐｌｕｓにて評価した。
（１）表面荒れ
Ｓｉｎｔｅｒｓｔａｔｉｏｎ  ２５００ｐｌｕｓにロールでのコート処理を１０往復行う間の各コート毎のコート膜の状態を観察し、その結果について、以下の３段階で評価した。
○：目視で判別できるスジの発生がない。
△：凹凸の小さなスジの発生がわずかに見受けられる。
×：凹凸の大きなスジの発生がコート層の全面に見受けられる。
（２）陥没
Ｓｉｎｔｅｒｓｔａｔｉｏｎ  ２５００ｐｌｕｓにロールでのコート処理を１０往復行う間の各コート毎のコート膜の状態を観察し、その結果について、以下の３段階で評価した。
○：コート面に陥没が０箇所
△：コート面に陥没が１〜２箇所（コート毎ではないが１０往復する中で１〜２箇所発生）
×：コート面に陥没が３箇所以上（コート毎ではないが１０往復する中で３箇所以上発生）
（３）総合
上記（１）及び（２）の結果から、以下の３段階で評価した。
○：（１）及び（２）の評価がいずれも○である場合
△：（１）及び（２）の評価の一方が○で他方が△である場合
×：（１）及び（２）の評価が共に△か、一方が×である場合
【００３７】
比較例１
実施例１において、アエロジルＲＡ２００Ｈの代わりに、マイナスに帯電しているアエロジルＲ９７２ＣＦ（日本アエロジル製）を使用した以外は、実施例１と同様にしてパウダー組成物を得た。
このパウダー組成物について、実施例１と同様に物性を評価した。結果を表１に示す。
【００３８】
比較例２
実施例１において、アエロジルＲＡ２００Ｈの代わりに、帯電処理していないアエロジル２００（日本アエロジル製）を使用した以外は、実施例１と同様にしてパウダー組成物を得た。
このパウダー組成物について、実施例１と同様に物性を評価した。結果を表１に示す。
【００３９】
比較例３
製造例１で得たナイロンパウダーについて、実施例１と同様に物性を評価した。結果を表１に示す。
【００４０】
【表１】
2007217627.tif 000002
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本発明の粉末焼結積層法用パウダー組成物は、ラピッドプロトタイピング等の成形品の材料として使用できる。